高层小区室分设计分析与应用

2014-06-26崔明辉肖绍杰

电信工程技术与标准化 2014年4期

崔明辉，肖绍杰

（中国移动通信集团河北有限公司保定分公司，保定 071051）

1 高层场景特点分析

从生活来讲：室内分布系统就好比一座大楼庞大的水流管道系统，由两个重要组成部分，信号源和室内布线系统，信号源可以看做是这座大楼的水库，室内布线系统中的每个天线就是每个用户家的水龙头，所有无源及有源器件就是分流器，馈线就是水管道，因此室分设计就是把信号源（水）平均分给每个天线（水龙头）的工作。

从理论来讲：室分设计是运用各种方法将基站信源信号通过无源器件进行分路，经由馈线将无线信号均匀地分配到每一副独立安装在建筑物屋顶、楼顶、灯杆或者绿地等区域的小功率低增益天线上，从而实现目标区域信号的良好覆盖。

随着城市化的进展，移动通信基站的平均站高也随着建筑的升高在逐年增加，目前站高通常在30～50 m之间，加之大量镜面墙体对信号的折射、反射的作用，在一些城市高层建筑群落中容易形成乒乓效应、导频污染、覆盖空洞等一系列影响网络质量的问题，对于此类室分场景信号网络的建立、设计和维护将会是今后网优工作的一个重要方向。由此将该场景细化成以下3种典型类型进行分析。

小高层（低于30 m）：该区域由于信号的反射、折射等原因带来大量小区的越区覆盖，导致无线频率干扰严重，由此引发信号断续，电磁波音，串话、单通，甚至掉话等问题。

高层建筑（30～50 m）：该区域等同于平均基站高度，因此容易出现没有主导频小区信号，信号质量差，频繁切换，建筑物阻挡引起室内覆盖不均衡，对高速数据业务支撑能力低等问题。

超高层建筑（50 m以上）：该区域受限于室外基站的高度和天线下倾角度的影响，没有信号覆盖，出现典型的信号盲区，导致用户手机信号弱、甚至无网络，直接影响客户感知的问题。

以上高层建筑不同场景下的信号问题，目前仅靠室外基站或者单一室内分布的覆盖方式已不能解决，而要在针对这一特定区域制定针对性的室内外协同设计方案来解决。

2 高层设计分析思路

针对以上高层建筑不同场景下的信号特点，同样只有提高区域内主服务小区的信号场强，通过使用室内外协同设计方案，来彻底解决问题。

2.1 高层分布设计思路

（1）建筑物内区域：通过提高天线入口的功率值来解决高低层特定区域内的弱信号问题。

（2）建筑楼宇边缘区域：通过增大天线密度，改变天线类型（全改定），解决高频段中衰减过大，建筑穿墙损耗等引起的弱信号问题。

（3）高层楼宇话务分流：进行高低层分小区（A&B）覆盖方式，底层A小区通过美化全向天线的覆盖方式，高层B小区借用室分射灯定向天线分布方式辅助解决。

（4）楼宇间区域：使用A小区通过路灯或者美化天线的方式进行覆盖空洞的解决。

具体设计如图1所示。

图1 高层设计展示

2.2 室内外协同设计方式

以保定地区已建的大型小区水榭花城北区1号楼站点室分设计为例：该站点属于保定地区目前建筑群落（25栋楼）较大的小区，本次1号楼层为27层，相邻南面是27层高的7号楼，依据以上分析设计思路，针对1号楼的设计不仅对于室内平层进行了天线点位的规划，同时对于解决1号楼高层部分的室内覆盖弱和信号杂乱问题我们通过在对面的7号楼楼顶外置了2个定向板状天线解决。

通过如此的设计我们既保证了楼宇平层的覆盖需求，同时对于高层中用户客厅等边缘地带的信号质量差的问题进行了有效的解决，如图2、3所示。

3 方案设计的关键要素

以上针对高层建筑进行了室分设计的分析，但在实际方案设计中需要对于这些场景给出准确、切合实际的组网方式，话务评估和天线点布放等方案，对其中设计流程进行分析，如图4所示。

3.1 信号源及分布系统的选取

如表1所示，信源可选用传统宏蜂窝（直耦）、传统微蜂窝、分布式基站和直放站等方式，主要根据话务量的不同，选择不同的信号源引入室内，可以满足多种室内话务量的覆盖，通常情况下可分为以下几点。

（1）对于大话务量地区，如大型建筑物和购物中心，可使用宏基站作为信号源，能够插入多块基带处理板，可以满足话务密集地区的需求。

（2）对于商业办公楼等中等话务量地区，可以采用微蜂窝或者分布式基站作为室内覆盖的信号源。

（3）对于地下停车场等话务量不高的地区，可以选择直放站作为信号源。

3.2 边缘场强分析

室内传播模型有多种，如对数距离路径损耗模型、Ericsson多充端点模型、衰减因子模型、自由空间的路径损耗传播模型等。如表2、3所示，目前普遍选取下述室内自由空间的路径损耗传播模型：

PL(dB)＝ 32.45＋ 20lgf(MHz)＋ 20lgd(km)

其中：PL为路径损耗，单位dB。F为计算频率，取值为2 000 MHz。D为距离，单位km。

图2 1号楼室内平层平面设计图

图3 室外补充覆盖平面设计图

在室内覆盖系统中，对于下行链路而言，吸顶天线的入口功率比较小，在10 dBm左右。而对于上行链路来说，手机最大发射功率为24 dBm，要高于下行天线口功率。由此可知，在室内分布系统中，下行覆盖小于上行覆盖。所以，在进行室内分布系统的天线规划时，以单天线下行覆盖能力为规划依据。

图4 室分设计流程图

表1 室分信源种类

表2 自由空间的损耗表

表3 室内传播时阻挡物信号损耗参考取值表

室内环境下的接收信号场强可按下式计算：

Pr＝ Pt＋ Gt－ PL

其中：Pr为边缘接收功率。Pt为天线入口功率。Gt为发射天线增益（3 dBi）。PL为路径损耗，单位dB。

以平层天线实际安装的位置以及覆盖的要求来估算距离天线10m覆盖区边缘场强预测为：

（其中20 dB为墙体的穿透损耗，10 dB为多路径衰落余量）。

根据预测分析其它地方的信号场强均高于此值，依照要求，室内信号强度90%以上不得低于-80 dBm，99%以上不得低于-85 dBm，因此可以满足覆盖要求。

3.3 话务量的测算方法

在初期进行话务评估和小区分裂的过程中，针对不同的室内覆盖场景测算方法不同，设计的小区容量需根据特点的环境进行区分，目前高层小区的场景中，建筑量大、用户集中、活动范围广等特点，注定其数据业务和话音业务量会很大，因此对于高层建筑话务的合理评估是避免后期一些类似低业务、超闲等问题的关键所在。

（1）楼宇话务：房间数×3×80%×X%×0.01（3为每房间平均人数；80%为楼宇的入住率；X%为手机的拥有率；0.01为人均话务量）。

（2）停车场：使用面积按50%，每停车位按7m，人均手机使用率按X%，人均话务量0.01 Erl/人；预测话务量=建筑面积（m2）×X%×50%×0.01/7。

（3）其它区域话务预测：区域总人口×手机持有率×运营商占有率×人均忙时话务量。

3.4 信号外泄分析

系统设计时为了减少信号泄漏的问题，对于室内全向吸顶天线安放时应不直接安放于窗边，尽量采用隔墙的方式避免外泄。因此根据计算的室内覆盖区边缘场强，在考虑减去20 dB的隔墙损耗，可得室外信号泄露场强为：

泄漏场强＝Pr－20 dB＝－81.7 dBm－20 dB＝－101.7 dBm

即室内信号泄露到室外10 m处的信号强度不大于-90 dBm，满足系统要求。

针对楼顶室外天线输出口功率值较大问题，需要在天线选型，安装位置和覆盖方向上做好功夫，避免出现泄漏影响道路切换链。

3.5 天线点的布放原则

设计和施工的室内分布系统需充分考虑引起信号泄露各种因素，严格控制分布系统信号输出，信号不会过度覆盖到室外。设计时需针对不同的障碍物类型进行信号损耗的合理预估。

遵循以下几点原则。

（1）高层室内天线口输出功率控制在5～15 dBm。

（2）高层室内天线不应太靠近窗口，尤其注意不能靠近一楼门厅及低楼层窗口。

（3）GSM全向天线覆盖半径在10 m左右，空旷区域能达到15 m。TD-SCDMA室分天线覆盖半径在6～15 m，布放需考虑单副天线最多穿透一堵墙为原则。

3.6 室分邻区及频率的规划原则

室分小区应遵循以下参数设置原则以达到最大限度的保留话务，减少切换，提升站点各项指标的目的。

（1）小区参数配置策略。通过提高室内小区优先级参数（Layer/Layerthr/CRO等）配置，以增加室分话务吸收，减少切换次数，使用户尽量驻留室内。

（2）频率设置策略。室分话务的提升，对于部分场景将进行分层，对于高层建筑建议采用平分的方式来划分小区，建议高层站点使用1800 MHz的频点来避免高层信号杂乱引起的频率干扰问题，底层可灵活设置，在条件允许下建议对900 MHz的室分站点划分专用频段，来避免频点复用度高引发的干扰。

（3）邻区配置策略。对于高层场景室分小区，进行高低层分区优化后，高层小区只配置与低层小区的双向邻区关系，与室外小区配置室外到室内的单向邻区关系或不配置邻区关系（电梯使用低层小区）；对于所有的低层小区（或一个小区覆盖），针对门口出入区域挑选4～5个（必须包含至少2个同层优先级的小区）宏站小区配置双向邻区，对频繁切换的室内外站点通过迟滞值（HIHYST）、偏置值（OFFSET）等参数进行适当调整，保证进出建筑切换流畅。

另外，受自身建筑特质的影响，宏站（非建筑入口处）在室内较强的站点，可多增加一些室外到室内的单向邻区关系，防止重选起呼占用后无法及时回切和室分话务流失等问题。